Mikrokontroller

Apa Itu Mikrokontroller?

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output.

Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.

Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :

·         Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas

·         Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi

·         Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak

Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.

Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.

Perkembangan ?

Mikrokontroler pertama kali dikenalkan oleh Texas Instrument dengan seri TMS 1000 pada tahun 1974 yang merupakan mikrokontroler 4 bit pertama. Mikrokontroler ini mulai dibuat sejak 1971. Merupakan mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM. Kemudian, pada tahun 1976 Intel mengeluarkan mikrokontroler yang kelak menjadi populer dengan nama 8748 yang merupakan mikrokontroler 8 bit, yang merupakan mikrokontroler dari keluarga MCS 48. Sekarang di pasaran banyak sekali ditemui mikrokontroler mulai dari 8 bit sampai dengan 64 bit, sehingga perbedaan antara mikrokontroler dan mikroprosesor sangat tipis. Masing2 vendor mengeluarkan mikrokontroler dengan dilengkapi fasilitas2 yang cenderung memudahkan user untuk merancang sebuah sistem dengan komponen luar yang relatif lebih sedikit.

Saat ini mikrokontroler yang banyak beredar dipasaran adalah mikrokontroler 8 bit varian keluarga MCS51(CISC) yang dikeluarkan oleh Atmel dengan seri AT89Sxx, dan mikrokontroler AVR yang merupakan mikrokontroler RISC dengan seri ATMEGA8535 (walaupun varian dari mikrokontroler AVR sangatlah banyak, dengan masing2 memiliki fitur yang berbeda2). Dengan mikrokontroler tersebut pengguna (pemula) sudah bisa membuat sebuah sistem untuk keperluan sehari-hari, seperti pengendali peralatan rumah tangga jarak jauh yang menggunakan remote control televisi, radio frekuensi, maupun menggunakan ponsel, membuat jam digital, termometer digital dan sebagainya.

Mikrokontroler tipe AT89S51 merupakan mikrokontroler keluarga MCS-51 dengan konfigurasi yang sama persis dengan AT89C51 yang cukup terkenal, hanya saja AT89S51 mempunyai fitur ISP (In-System Programmable Flash Memory). Fitur ini memungkinkan mikrokontroler dapat diprogram langsung dalam suatu sistem elektronik tanpa melalui Programmer Board atau Downloader Board. Mikrokontroler dapat diprogram langsung melalui kabel ISP yang dihubungkan dengan paralel port pada suatu Personal Computer.

Adapun fitur yang dimiliki Mikrokontroler AT89S51 adalah sebagai berikut :

1.      Sebuah CPU (Central Processing Unit) 8 bit yang termasuk keluarga MCS51.

2.      Osilator internal dan rangkaian pewaktu, RAM internal 128 byte (on chip).

3.      Empat buah Programmable port I/O,masing-masing terdiri atas 8 jalur I/O

4.      Dua buah Timer Counter 16 bit.

5.      Lima buah jalur interupsi (2 interupsi external dan 3 interupsi internal )

6.      Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART.

7.      Kemampuan melaksanakan operasi perkalian, pembagian dan operasi Boolean (bit)

8.      Kecepatan pelaksanaan instruksi per siklus 1 microdetik pada frekuensi clock 12 MHz

9.      4 Kbytes Flash ROM yang dapat diisi dan dihapus sampai 1000 kali

10.  In-System Programmable Flash Memory

Dengan keistimewaan diatas, pembuatan alat menggunakan AT89S51 menjadi lebih sederhana dan tidak memerlukan IC pendukung yang banyak. Sehingga mikrokontroler AT89S51 ini mempunyai keistimewaan dari segi perangkat keras.

Jenis-jenis Mikrokontroller

Secara teknis, hanya ada 2 macam mikrokontroller. Pembagian ini didasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu yaitu RISC dan CISC.

• RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set Computer. Instruksi yang dimiliki terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak.

• Sebaliknya, CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer. Instruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.

Masing-masing mempunyai keturunan atau keluarga sendiri-sendiri.

Sekarang kita akan membahas pembagian jenis-jenis mikrokonktroler yang telah umum digunakan.

Beberapa Contoh Aplikasi Mikrokontroler

Mascot Taria

Mikrokontroler

1. Robotika; beroda, berkaki, lengan, dll

2. Kontrol Peralatan Listrik (lampu,dll) di Rumah

3. Remote Peralatan di Rumah dengan HP.

4. Kunci Digital untuk Sepeda Motor.

5. Mata-Mata suara jarak jauh dengan HP.

6. Alarm Mobil Via SMS

7. Interkom Sekolah dengan indikasi Ruang Kelas

8. Text lampu berjalan untuk promo toko

9. Membuat Jam Digital dengan 7 segmen

10.Kendali Posisi dan Arah Sorot Kamera

11.Selektor Switch untuk Peralatan Audio/Video

12.Kontrol keamanan dengan Kamera dan Kontak No Telephone Otomatis

Mikrokontroler merupakan pengendali yang berukuran kecil. Sekilas mikrokontroler memang hampir sama dengan mikroprosesor. Hanya saja pada mikrokontroler tersusun atas beberapa komponen yang saling terintegrasi. Sedangkan mikroprosesor tidak tersusun atas beberapa komponen yang saling terintegrasi. Mikroprosesor banyak macamnya.salah satunya adalah mikrokontroler AT89s51. Mikrokontroler ini memiliki memory sebesar 128 byte. Mikrokontroler memiliki kekurangan dan kelebihan. Salah satu kelebihannya adalah dengan memory yang bersifat nonvolatile yang memungkinkan ic dapat di program ulang. Sehingga jika kita ingin menggunakan ic yang didalamnya sudah terdapat program yang sebelumnya atau kita melakukan kesalahan atas perintah program yang sudah terisi sebelumnya, kita dapat memprogram ulang dengan cara meng-flash tanpa harus membeli ic mikrokontroler yang baru. Akan tetapi mikrokontroler juga memiliki kekurangan. Salah satunya adalah proses yang dapat dijalankan pada mikrokontroler tidak data melakukan berbagai proses dalam waktu yang bersamaan. Jadi mikrokontroler hanya dapat menjalankan satu perintah atau instruksi dalam satu waktu sehingga perinta atau instruksi yang lain harus menunggu hingga instruksi yang pertama selesai dijalankan. Mikrokontroler ini juga dapat diaplikasikan dalam berbagai jenis alat elektronika, seperti contohnya untuk pengendali lampu untuk menghemat energy, pengendali rambu-rambu lalu lintas secara elektronik, dan lain sebagainya.

Perlu diketahui terlebih dahulu perbedaan antara minicomputer, mikroprosesor dan mikrokontroler. Komputer digital umumnya terdiri dari 3 unit utama yaitu CPU, program dan memori data dan Input/Output(I/0). Hampir semua pemrosesan dilakukan di dalam Arithemtic Logic Unit (ALU) di dalam CPU. Jika CPU dari sebuah komputer dibuat pada sebuah PCB, maka disebut sebagai minicomputer. Mikroproesor ialah CPU yang dipaket menjadi 1 chip.

Sedangkan mikrokontroler ialah keseluruhan komputer yang dibuat dalam 1 chip. Dengan berkembangnya teknologi mikroprosesor 8 bit dan 16 bit, seiring dengan itu muncul pula kebutuhan agar perangkat elektronika dapat dikemas sekecil mungkin. Seperti Atari, Nintendo, Sega, PS2 dan peralatan hiburan serta peralatan rumah tangga seperti AC dan Audio/Video. Untuk mendukung hal tersebut, tidak dapat dilakukan oleh mikroprosesor standar. Hal ini dikarenakan mikroprosesor membutuhkan komponen eksternal tambahan seperti Memori, pengolah analog ke digital dan perangkat komunikasi serial misalnya. Oleh karena itu dikembangkanlah chip yang di dalam kemasan tersebut sudah terdapat mikroprosesor, I/O Pendukung, Memori, bahkan ADC yang dikenal dengan istilah mikrokontroler.

Peranan Mikrokontroler saat ini

Mikrokontroler saat ini sudah dikenal dan digunakan secara luas pada dunia industri. Banyak sekali penelitian atau tugas akhir mahasiswa atau peneliti menggunakan berbagai versi mikrokontroler yang dapat dibeli dengan murah dari harga 15.000 – 350.000. Hal ini dikarenakan produksi massal yang dilakukan oleh para produsen chip seperti Atmel, Maxim dan Microchip. Mikrokontroler saat ini merupakan chip utama pada hampir setiap peralatan elektronika canggih. Robot-robot canggih bun bergantung pada kemampuan mikrokontroler dan ketekunan pembuat program mikrokntroler tersebut, hal ini karena menentukan kecepatan eksekusi program pada mikrokontroler dan kecerdasan pada mikrokontroler tersebut.

Mikrokontroler umumnya bekerja pada frekwensi sekitar 4 MHz hingga 40 MHz. Untuk meningkatkan kecerdasan pada mikrokontroler tersebut, berbagai penelitian berbasis kecerdasan buatan telah dilakukan. Salah satunya ialah penggunaan algoritma genetik untuk mencari jalur terpendek pada gerakan robot pencari sumber api. Jika anda tertarik pada aplikasi mikrokontroler pada robot, sudah selayaknya Anda memperdalam bidang ini, karena tiap tahun kita mengadakan Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI) yang melibatkan berbagai universitas dan perusahaan di bidang elektronika.

Berbagai Tipe Mikrokontroler

1.    Mikrokontroler ATMEL

Mikrokontroler keluaran ATMEL dapat dikatakan sebagai mikrokontroler terlaris dan termurah saat ini. Chip mikrokontroler ini dapat diprogram menggunakan port paralel atau serial. Selain itu, dapat beroperasi hanya dengan 1 chip dan beberapa komponen dasar seperti kristal, resistor dan kapasitor. Silahkan kunjungi situshttp://www.atmel.com untuk melihat dan mendowload informasi berbagai produk dari ATMEL. Saya berharap Anda dapat mengkoleksi berbagai tipe mikrokontroler serta kitnya sebagai perbandingan fitur, misalnya 89S2051, 89C51, 89S51, 89S52, 80535 (mendukung ADC 8 channel) dan 89S8282,

2.   Mikrokontroler PIC

PIC ialah keluarga mikrokontroler tipe RISC buatan Microchip Technology. Bersumber dari PIC1650 yang dibuat oleh Divisi Mikroelektronika General Instruments. Teknologi Microchip tidak menggunakan PIC sebagai akronim, melaikan nama brandnya ialah PICmicro. Hal ini karena PIC singkatan dari Peripheral Interface Controller, tetapi General Instruments mempunyai akronim PIC1650 sebagai Programmable Intelligent Computer.

PIC pada awalnya dibuat menggunakan teknologi General Instruments 16 bit CPU yaitu CP1600. PIC dibuat pertama kali 1975 untuk meningkatkan performa sistem peningkatan pada I/0. Saat ini PIC telah dilengkapi dengan EPROM dan komunikasi serial, UAT, kernel kontrol motor dll serta memori program dari 512 word hingga 32 word. 1 Word disini sama dengan 1 instruksi bahasa assembly yang bervariasi dari 12 hingga 16 bit, tergantung dari tipe PICmicro tersebut.

3.    Mikrokontroler Maxim

Maxim merupakan salah satu produsen chip yang fokus pada komponen digital dan komunikasi seperti mikrkcontroler, akuisisi data dan komponen RF (Radio Frekwensi). Maxim cukup inovatif dengan meluncurkan mikrokontroler yang mendukung jaringan komputer antara lain 80C400 dengan kecepatan tinggi. Anda dapat mengunjungi situs http://www.maxim-ic.com untuk melihat berbagai produk dan mendownload datasheet, atau contoh aplikasi. Beberapa chip mikrokontroler juga mendukung penggunakan compiler berbasis bahasa C antara lain software Keil yang berfungsi sebagai compiler C , macro assemblers, real-time kernels, debuggers, simulator pada lingkungan IDE (Interface Design Environment) yang bagus.

Berikut adalah konfigurasi IOnya:

Adapun penjelasan pin-pin I/O mikrontroler AT89S51 adalah sebagai berikut:

1.Pin 1 sampai dengan pin 8 (P1.0-P1.7)

Merupakan port 1 yang berfungsi sebagai port masukan atau keluaran. Port ini juga berfungsi menerima bit-bit alamat bawah (low-order address bits) selama proses pemrograman dan verifikasi EPROM.

2.Pin 9 (RST)

Pin ini digunakan untuk mereset mikrokontroler pada transisi rendah ke tinggi.

3.Pin 10 sampai 17 (P3.0-P3.7)

Merupakan port 3 yang berfungsi sebagai port masukan atau keluaran. Port ini juga mempunyai fungsi khusus (SFR). Selama proses pemrograman dan verifikasi EPROM port ini juga menerima sinyal-sinyal kontrol.

4.Pin 18 (XTAL2)

Berfungsi sebagai keluaran penguat osilator pembalik.

5.Pin 19 (XTAL1)

Berfungsi sebagai ke penguat osilator dan ke rangkaian clock internal. Pin ini dipakai bila menggunakan osilator kristal.

6.Pin 20 (GND)

Digunakan sebagai grounding atau dihubungkan ke Vss.

7.Pin 21 sampai pin 28 (P2.0-P2.7)

Merupakan port 2 yang berfungsi sebagai port masukan atau port keluaran. Port ini juga berfungsi mengeluarkan bit-bit atas (high order Address bits) selama pengambilan dari program memori eksternal dan selama pengaksesan ke data memori external yang menggunakan alamat 16 bit. Selama proses pemrograman dan verifikasi EPROM port ini berfungsi menerima bit-bit atas dan sinyal kontrol.

8.Pin 29 PSEN (Program Store Enable)

Merupakan sinyal keluaran yang mengaktifkan program memori external masuk kedalam bus selama proses pemberian / pengambilan instruksi.

9.Pin 30 ALE (Address Latch Enable)

Berguna untuk menahan bit-bit alamat bawah selama proses pengaksesan memori external. Pena ini merupakan masukan pulsa aktif rendah selama pemrograman EPROM.

10.Pin 31 EA/VP (Eksternal Aksese)

Berfungsi untuk memungkinkan pengaksesan memori external. Pin ini diberi logika 0 untuk memungkinkan pengambilan data dari lokasi program memori external yang dimulai dari alamat 0000h sampai FFFFh. Dan pin ini diberi logika 1 maka EA akan terhubung ke reset secara internal. Pin ini juga berfungsi menerima tegangan 12 Volt selama pemrograman EPROM menggunakan mode pemrograman 12 Volt Vpp.

11.Pin 32 sampai pin 39 (P0.0-P0.7)

Merupkan port 0 dapat berfungsi sebgai port masukan atau keluaran. Port ini juga dapat dikonfigurasikan menjadi bus alamat/data orde rendah yang dimultiplek.

12.Pin 40 (Vcc)

Berfungsi menyediakan tenaga untuk menghidupkan mikrokontroler, dihubungkan dengan catu daya +5 Volt.